煤礦綜采工作面配套設備選型設計.doc

礦 山 機 械 課 程 設 計綜采工作面配套設備選型設計（90萬噸/年）專業(yè)班級：學號：姓名：日期：河南理工大學I綜采工作面配套設備選型設計任務書（一）設計任務1）根據(jù)所給原始數(shù)據(jù)進行設備配套選型的詳細計算2）編寫綜采設備配套選型設計的說明書3）工作面綜采設備配套關系圖4）原始數(shù)據(jù)及條件煤層厚度(M)截割阻抗A（N/mm）煤層傾角()頂板條件工件面長度（M）設計產量（萬噸/年）生產安排HmaxHmin老頂直接頂2.8自定27528級2類120901、 一年工作日按300天計算2、 實行四班工作制，三班采煤，一班準備，每天生產時間為18小時。（二）具體要求根據(jù)所給已知參數(shù)，綜采工作面配套設備選型設計，并繪出綜采面配套設備關系圖； 1）裝訂順序如下：封面任務書目錄說明書正文。2）圖紙折疊好裝入畢業(yè)設計專用袋內。3）圖紙、說明書必須手繪、手寫，且嚴禁圖紙、說明書復印件或抄襲他人成果，發(fā)現(xiàn)雷同設計成績一律不及格。4）圖紙一律用A3號圖紙繪制；說明書用A4開紙書寫，內容應在2030頁。目錄綜采工作面配套設備選型設計說明書1第1節(jié)“三機”的選型原則和裝備標準1第2節(jié) 滾筒采煤機的選擇5第3節(jié) 液壓支架的選型12第4節(jié) 工作面可彎曲刮板輸送機、轉載機、破碎機18第5節(jié) 采煤機、支護設備、輸送機配套關系圖22第6節(jié)選型設計結果匯總25參考文獻26結 束 語2728綜采工作面配套設備選型設計說明書綜采工作面的“三機”是指采煤機、液壓支架、刮板輸送機，是綜采工作面的主要設備。其選型首先必須考慮配套關系，選型正確先進、配套關系合理是提高綜采工作面生產能力、實現(xiàn)高產高效的必要條件。第1節(jié)“三機”的選型原則和裝備標準建設高產高效礦井是煤炭工業(yè)的發(fā)展方向，提高礦井機械化水平是發(fā)展高產高效的有效途徑。我國從70年開始經過對綜合機械化采煤技術不斷探索、引進、消化、創(chuàng)新，使之有了突飛猛進的發(fā)展，降塵、防塵、防火、防瓦斯積聚及提高采出率研究在“九五”期間取得重大進展，裝備水平不斷提高。目前采煤機朝大功率、大截深、高速電牽引方向發(fā)展；運輸設備朝大運量、大功率、重型化、高強度、多點驅動、高自動化方向發(fā)展；液壓支架朝簡單實用、高工作阻力、高強度、高可靠性方向發(fā)展，采用電液控制系統(tǒng)，提高移架速度和安全性能。針對這種發(fā)展趨勢，結合本井田煤層傾角較大等實際情況，在工作面主要設備選型時考慮以下原則：一、采煤機的選型原則1、采煤機能適合的煤層地質條件，其主要參數(shù)(采高、截深、功率、牽引方式)的選取要合理，并有較大的適用范圍。2、采煤機應滿足工作面開采生產能力的要求，其生產能力要大于工作面設計能力。3、采煤機的技術性能良好，工作可靠，具有較完善的各種保護功能，便于使用和維護。采煤機的實際生產能力、采高、截深、截割速度、牽引速度、牽引力和功率等參數(shù)在選型時必須確定。實際生產能力主要取決于采高、截深、牽引速度以及工作時間利用系數(shù)。采高由滾筒直徑、調高形式和搖臂擺角等決定。滾筒直徑是滾筒采煤機采高的主要調節(jié)變量，每種采煤機都有幾種滾筒直徑供選擇，滾筒直徑應滿足最大采高及臥底量的要求。截深的選取與煤層厚度、煤質軟硬、頂板巖性以及移架步距有關。截割速度是指滾筒截齒齒尖的圓周切線速度，由截割部傳動比、滾筒轉速和滾筒直徑確定，對采煤機的功率消耗、裝煤效果、煤的塊度和煤塵大小等有直接影響。牽引速度的初選是通過滾筒最大切削厚度和液壓支架移架追機速度驗算確定。牽引力是由外載荷決定的，其影響因素較多，如煤質、采高、牽引速度、工作面傾角、機身自重及導向機構的結構和摩擦系數(shù)等，沒有準確的計算公式，一般取采煤機電機功率消耗的1025。滾筒采煤機電機功率常用單齒比能耗法或類比法計算，然后參照生產任務及煤層硬度等因素確定。二、液壓支架的選型原則1、液壓支架的選型就是要確定支架類型(支撐式、掩護式、支撐掩護式)、支護阻力(初撐力和額定工作阻力)、支護強度與底板比壓以及支架的結構參數(shù)(立柱數(shù)目 最大最小高度、頂梁和底座韻尺寸及相對位置等)及閥組性能和操作方式等。2、選型依據(jù)是礦井采區(qū)、綜采工作面地質說明書。在選型之前，必須將所采工作面的煤層、頂?shù)装寮安蓞^(qū)的地質條件全部查清。然后依據(jù)不同類級頂板選取架型。最后依據(jù)選型內容結合國內現(xiàn)有液壓支架的主要技術性能直接選定架型及其參數(shù)所對應的支架型號。三、刮板輸送機的選型原則1、刮板輸送機的輸送能力應大于采煤機的最大生產能力，一般取12倍。2、要根據(jù)刮板鏈的質量情況確定鏈條數(shù)目，結合煤質硬度選擇鏈子結構型式。3、應優(yōu)先選用雙電機雙機頭驅動方式。4、應優(yōu)先選用短機頭和短機尾。5、應滿足采煤機的配合要求，如在機頭機尾安裝張緊、防滑裝置，靠煤壁一側設鏟煤板，靠采空區(qū)一側附設電纜槽等。在選型時要確定的刮板輸送機的參數(shù)主要包括輸送能力、電機功率和刮板鏈強度等。輸送能力要大于采煤機生產能力并有一定備用能力。電機功率主要根據(jù)工作面傾角、鋪設長度及輸送量的大小等條件確定。刮板鏈的強度應按惡劣工況和滿載工況進行驗算。四、“三機”的合理配套從采煤機、液壓支架、刮板輸送機的選型原則中看到，綜采設備的合理配套是很復雜的系統(tǒng)工程。1、滿足生產能力要求采煤機生產能力要與綜采工作面的生產任務相適應，工作面刮板輸送機的輸送能力應大于采煤機的生產能力，液壓支架的移架速度應與采煤機的牽引速度相適應，而乳化液泵站輸出壓力與流量應滿足液壓支架初撐力及其動作速度要求。2、滿足設備性能要求輸送機的結構形式及附件必須與采煤機的結構相匹配，如采煤機的牽引機構、行走機構、底托架及滑靴的結構，電纜及水管的拖移方法以及是否連鎖控制等。輸送機的中部槽應與液壓支架的推移千斤頂連接裝置的間距和連接結構相匹配。采煤機的采高范圍與支架的最大和最小結構尺寸相適應，而其截深應與支架推移步距相適應。五、滿足安全和工作方便要求1、從安全角度出發(fā)，工作面無立柱空間愈小愈好。2、為防止移架后支架前柱與電纜相碰和采煤機司機的人身安全，前柱與電纜槽之間必須留有間隙X=150240 mm。3、梁端距頂一般為150300 mm，用來防止?jié)L筒切割頂梁。4、推移千斤頂行程應比采煤機截深大100200 mm 。5、保證過煤高度C250300 mm，以便煤流順利從底托架下通過。6、過煤空間y最小值為90 mm至200250mm 之間，前者適于底板清理良好及采煤機機身短的場合。此外，當煤層傾角大于16時(大采高支架工作面傾角大于10)，輸送機必須設置防滑錨固裝置，而支架必須帶防倒防滑及調架裝置。六、實際工作中如何做到選型正確先進配套合理依據(jù)上述“三機”的選型原則及配套關系的分析可以看到，其選型工作是一項復雜的系統(tǒng)工程，涉及地質學、巖石力學、采礦學、機電和機制等多門學科，同時又是提高綜采工作面礦井效率和效益的前提所在。目前的選型設計還是以“經驗類比”為主，雖然基本上能夠滿足生產需要，但在某些環(huán)節(jié)上還存在著嚴重的不合理現(xiàn)象。如移架循環(huán)時間長，不能滿足采煤機牽引速度的要求；有些選型設計參數(shù)是符合要求的，但在實際使用中無法達到或實現(xiàn)。如液壓支架初撐比一般為0508，而實際應用中僅為025-04。這說明，綜采工作面“三機”配套不能停留在簡單的“經驗類比”上，而應開發(fā)研制綜采設備選型的專家系統(tǒng)，避免在選型設計中受決策者個人偏見或感情色彩的影響。同時還要對系統(tǒng)中的主要環(huán)節(jié)進行動態(tài)優(yōu)化設計，使其設計參數(shù)與實際運行參數(shù)得到統(tǒng)一?，F(xiàn)行國內外高產高效綜采工作面裝備能力的配比關系主要是：刮板輸送機與采煤機的功率配比應為1：1，最好為1.21.4：1，這樣才能把輸送機的事故減少到最低限度。綜采設備的能力應以工作面生產能力為基礎，采煤機、工作面刮板輸送機、運輸巷可伸縮帶式輸送機的生產能力一般按工作面生產能力分別乘以系數(shù)1.2、1.3、1.4來確定。需要說明的是：上述各種配套關系不是唯一的。也就是說，采煤機、液壓支架、刮板輸送機的選型完全可以用性能和能力相似的同類產品所代替。而在實際生產中，即使采用相同綜采設備的不同工作面或不同礦井，其實際生產能力和全員效率可能有較大差距，這主要是由于礦井的開采條件、組織管理水平存在著客觀的差距。如果客觀條件不具備，即使選擇生產能力很高的配套設備，也遠不能達到提高生產能力的目的。高產高效綜采工作面的三機選型應從實際出發(fā)，因地制宜，具備什么檔次的開采條件，就選用相應檔次的配套設備。新建礦和舊礦井的改造還應區(qū)別對待，現(xiàn)有設備的充分利用也是不可忽視的問題。綜采發(fā)展的原則不是要增加綜采工作面數(shù)量，而是應該提高綜采工作面單產，減少輔助作業(yè)環(huán)節(jié)，提高集中生產化的程度。七、原始數(shù)據(jù)及條件煤層厚度(M)截割阻抗A（N/mm）煤層傾角()頂板條件工件面長度（M）設計產量（萬噸/年）生產安排HmaxHmin老頂直接頂2.8自定1.827528級2類120903、 一年工作日按300天計算4、 實行四班工作制，三班采煤，一班準備，每天生產時間為18小時。我國目前規(guī)定：采高大于1.1米時，年產量為3050萬噸時，應選擇綜采。因此根據(jù)以上提供的原始數(shù)據(jù)確定該采煤工作面應該選用綜采配套工作面比較合適。第2節(jié) 滾筒采煤機的選擇正確選擇和使用采煤機是提高采煤工作面，生產能力的一項主要任務，對采煤工作面的生產效率、能耗、安全等都具有重要影響，但采煤機選型涉及問題較多，目前還缺乏一套完善的計算方法。它不僅與煤層的厚度，傾角及煤的物理機械性質、地質條件等有關，還要考慮與支護設備，運輸設備之間配套關系，因此，在選型過程中要考慮多方面因素，綜合分析后去確定。一、采煤機性能參數(shù)的計算與決定 1、滾簡直徑的選擇滾筒直徑大些對裝煤有利，但不宜過大并應滿足采高的要求。雙滾筒采煤機滾簡直徑應大于最大采高的一半，一般可按D=(0.520.6) 選取，采高大時取小值D=0.522.8=1.46米，采高小時取大值D=0.62.8=1.68米。單滾筒采煤機滾筒直徑選擇時為了防止?jié)L筒在頂板下沉時被夾住而截割巖石，直徑D=-(0.10.2) =1.8-(010.2)=1.7/1.6米，采煤機的滾筒已經系列化，可選用與計算值相近的標準滾筒，以降低制造成本。2、截深的選擇 滾筒截深是采煤機工作機構截入煤璧的深度，是影響采煤機裝機功率及生產率的主要因素，決定截深時應充分考慮煤層的壓張效應，截割阻抗(截齒截割單位切屑厚度所對應的截割阻力)大小，煤層厚度、傾角、頂板穩(wěn)定性及采煤機穩(wěn)定性等。另外：為了管理頂板方便，截深應等于液壓支架的推移步距。中厚煤層截深可取0.60.8米，若頂扳穩(wěn)定，截割阻抗小可適當加大。厚煤層為了減輕煤壁片邦，減輕液壓支架載荷和避免煤從運輸機溢出，截深宜小，可取0.5米左右。薄煤層由于工人行走困難，牽引速度比較低。為了保證大的生產率截深可取0.81米。國內生產采煤機，為了制造方便，大部分截深在0.6米左右，薄煤層為1米左右。根據(jù)截據(jù)阻抗為275牛頓/毫米，阻抗較大選用截距深度為0. 6米的截深。3、滾筒轉速及截割速度滾筒轉速對截煤比能耗、裝載效果、粉塵大小都有很大影響，由截齒最大切屑厚度hmax公式可知，當滾筒每條截線上的截齒數(shù)m，牽引速度V已定，轉速n愈高，切屑厚度愈小，煤塵產生量大，截割比能耗增大。另外，實踐表明，滾筒轉速過高，循環(huán)煤會增多，裝載效率降低，裝煤效果不好，所以，現(xiàn)代采煤機，滾筒轉速出現(xiàn)降低的趨勢，如英國AM500、日本DR100 100采煤機，滾筒最低轉速分別為21.2轉/分和25轉/分。但滾筒轉速也不能太低，否則會在牽引速度不太高時，出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象。一般認為滾筒轉速在3050轉/分較為適宜，薄煤層小直徑滾筒由于裝煤能力差，為了提高生產率轉速可增大到60100轉/分。轉速及滾筒直徑經確定后截齒截割速度也就定了，一般控制在4米/秒左右較好。4采煤機最小設計生產率采煤機在采煤過程中，由于處理故障，檢查和更換刀具，日常維修，等侯支護，處理片邦等，經常出現(xiàn)停頓，采煤機實際生產率比設計的理論生產率小的多，為了表明這些因素的影響，可用有效開動率表示。有效開動率是指采煤機在一天或一班內有效工作時間與一天或一班占有時間的比值，它綜合反映了設備可靠性，選型及組織管理水平，工人技術熟練程度等，西德高產工作面有效開動率可達51%，蘇聯(lián)高產綜采工作面可達50，我國根據(jù)有些典型工作面的推算大約在0.150.35之間，一般可取0.20。當采煤工作面生產能力已定，其每小時的平均產量就是所需采煤機的最小實際生產率，考慮到有效開動率，則采煤機按工作面生產能力要求的最小設計生產率Qmin為：QMIN= 式中：W為采煤機工作面日平均產量噸/日，W=3000噸/日；k有效開動率。上式有效開動率取0.2，充分考慮使采煤機有增產潛力，當有效開動率能進一步提高，采煤仍有富裕能力，使工作面生產能力得到提高。則采煤機的最小設計生產率：QMIN=625噸/時5采煤機截割時的牽引速度采煤機截割時牽引速度的高低，直接決定采煤機的生產率及所需電機功率，由于滾筒裝煤能力，運輸機生產率，支護設備推移速度等因素的影響，采煤機在截割時的牽引速度比空調時低的多。采煤機牽引速度在零到某個值范圍內變化，選擇截割時的牽引速度，要根據(jù)幾方面因素，綜合考慮。因此，根據(jù)采煤機最小設計生產率Qmin決定牽引速度V1V1=米/分式中：Qmin 采煤機最小設計生產率 噸/時H 采煤機平均采高，2.25 米B采煤機平均截深， 0.6 米R煤的容重， 1.35噸/米3V1=5.71米/分按截齒最大切削厚度決定的牽引速度V2Hmax=毫米式中：Hmax截齒最大的切削厚度 毫米V牽引速度 米/分m滾筒一條截線上安裝的截齒數(shù) 個n滾筒的轉速 Hmax=毫米 一般要求截齒的最大切削厚度應小于截齒伸出齒座長度的70，即h1max=70%hmax 即V2=70%V=3.99米/分按液壓支架推移速度決定牽引速度為V3考慮截割時牽引速度V，應根據(jù)上述三方面情況綜合分析后確定，其最大值應等于或大于V1，但應小于V2，并于V3相協(xié)調。使采煤機能夠滿足工作面生產能力的要求，有可避免齒座或葉片參與截割，保證采煤機安全生產?，F(xiàn)選V=4.0米/分。6、采煤機裝機功率裝機功率包括截割電動機、牽引電動機、破碎電動機、液壓泵電動機、機載增壓噴霧泵電動機等電動機功率總和。裝機功率由下式估算：P=QHw式中：P裝機功率，kW；Q采煤機生產率，625t/h；Hw比能耗，一般0.60.7，取0.7。經計算本設計裝機功率為437.5kW。7、采煤機所需電機功率采煤機的比能耗HWB=0.42（千瓦.小時/噸）所選采煤機的比能耗HWX=0.290.44（千瓦.小時/噸）式中：HWX被截割煤的比能耗HWB基準煤的比能耗查閱參考表25AX被截割煤層的截割阻抗 牛頓/毫米A基準煤的截割阻抗 查表26得（240-360） 牛頓/毫米單滾筒采煤機的所需電機功率N=千瓦式中：Q采煤機的生產率 噸/小時 K1功率利用系數(shù)，本設計選用一臺電機驅動時取1 K2功率水平系數(shù)，與牽引速度調節(jié)方式，電機超載能力。因素有關按表27查得本設計選用電機超載能力為2.02.2之間，牽引速度調節(jié)方式采用人工調節(jié)選取0.8。N = =192千瓦雙滾筒采煤機的后滾筒截割比能耗H1WX=K3HWX K3表示后滾筒工作條件系數(shù)，由表28選取后滾筒開采煤層的下部向著前滾筒截割自由面的方向選取0.8。 N= （0.6HWX+0.4H1WX） =（0.60.35+0.40.80.35） =176千瓦根據(jù)國產采煤機電機功率系列化的情況，本設計選用最接近的200300千瓦電機即可。8、采煤機所需牽引力據(jù)經驗統(tǒng)計，采煤機牽引力一般為其裝機功率數(shù)值的0.51倍。按表29查得250300千牛。二、初選采煤機及其配套設備 根據(jù)采高、滾筒直徑、截深、生產率、電機功率、牽引力及牽引速度等初選采煤機.然后和初選的支護設備一起。查閱煤炭科學院等編制的采煤機械化成套設備參考資料一覽表見附錄(該表僅供選型時參考，不作硬性規(guī)定，用戶可按實際情況自行組合改裝)，盡可能與表中提供的成套設備吻含，以節(jié)約費用，并通過配套設備表選擇輸送機。采煤機初選決定后，通過產品說明等有關資料得到采煤機高度、質量、電機或減速箱高度，搖臂長度、擺角范圍等尺寸。并列表說明初選采煤機主要技術參數(shù)。確定采煤工作面采煤機的主要參數(shù)如下：裝機功率101kW左右，截深不小于800mm，采高2.24.5m，生產能力不小于1.44Mt/a，牽引方式為鏈軌式或銷排式無鏈電牽引，牽引力不小于100kN，額定電壓3300V，頻率50Hz。根據(jù)分析結果，參照國內外高產高效礦井工作面裝備情況，本設計工作面選用國產MG400/920-QWD型無鏈電牽引采煤機。采煤機主要技術參數(shù)見表1-1。表1-1 采煤機技術參數(shù)表采煤機型號總裝機功率（kW）截割功率（kW）采高（m）截深（m）滾筒直徑（m）驅動方式牽引速度（m/min）適應煤層傾角供電電壓（V）MG400/920-QWD14440022.04.00.81.8交流電牽引014.5453300初選采煤機主要技術參數(shù)的校核 1、最大采高的HMAx的校核 HMAx=A-+Lsinmax+ 米式中：A采煤機高度 （機身上平面至底板之間距離） 米 H采煤機截割部減速箱高度，一般等于電機高度 米L搖臂長度（搖臂擺動中心到滾筒中心距離） 米amax搖臂向上擺動最大角度D滾筒直徑 米 HMAx=A-+Lsinmax+ =1.25-0.6/2+1.695sin60+1.65/2 = 3.24米3米最大采高符合設計要求。 2、最小采高的校核 HminA+h1+h2式中：h2過機高度不應小于0.15米h1支架或交接頂梁高度取0.1 米h minA+h1+h2=1.25+0.1+0.15=1.50米2.0米最小采高符合設計要求。 3、臥底量校核最大臥底量KMAX=A-sinmax-式中：max搖臂向上擺動最大角度KMAX=A-sinmax- =1.25-0.23- sin-22-0.825 =1.25-0.23+ sin22-0.825 =0.195米臥底量小于90300毫米 滿足設計要求 4、采煤機最大截割速度的校核V1= 米/分 Q1運輸機的運輸能力 400 噸/小時H平均采高 2.5米B采煤機截深 0.6 米r煤的實體容重 ，r=1.35噸/米3 V1= 米/分 =4.935米/分4.0米/分的截割牽引速度，本設計選擇符合要求。5、牽引阻力估算采煤機移動時必須克服的牽引阻力T為T=K2G+fd（cosa-k2+2k1）Gsina 噸力式中：f磨檫系數(shù)取決于采煤機導向機構表面狀況和濕度及采煤機運動速度等 平均取0.18 k1經驗系數(shù)，估算為0.7 k2估算系數(shù) 因是初算，所以取0.1 k3側面導向力對牽引阻力影響系數(shù)，因煤層傾角為23，取0.07T=K2G+fd（cosa-k2+2k1）Gsina 噸力=0.122+0.181.65（cos23-0.1 +20.7）22sin23=2.85958.596=11.4555噸力，=5.7365噸力及上行時牽引力為11.4555噸力，下行時牽引力反向大小為5.7365噸力。第3節(jié) 液壓支架的選型一、影響液壓支架選型的因素影響液壓支架選型的因滾主要是礦山地質條件，如頂、底板穩(wěn)定性、煤層厚度、煤層傾角、煤層賦存狀況及瓦斯含量等，其中以煤層及頂，底扳穩(wěn)定性影響最大。1、頂板穩(wěn)定性頂板穩(wěn)定性直接影響支架的架型支護強度，頂板巖性的不同決定支架的架型的型式，巖層載荷和頂板的穩(wěn)定性主要影響支架支護強度和頂梁的結構型式。一般講：煤層頂板穩(wěn)固平整，應選用支撐式支架；煤質松軟、頂板破碎煤層，應選用掩護式支架；而煤層頂板堅硬。則應選用支撐掩護式支架。2、底板穩(wěn)定性底板巖石的組成結構及巖石力學性質是支架選型不可忽視的另一重要條件底板的穩(wěn)定性對支架底座影響頗大支架架型選取不當，會使支架陷入底板，使移架困難。根據(jù)我國煤層底板巖石抗壓強度。建議按表1-2選型。表1-2 不同底板條件下選用的架型巖石松軟粘土巖頁巖（或松軟煤）較軟粘土巖頁巖（或松軟煤）一般粘土巖砂頁巖、砂巖（或煤）抗壓強度MPa2.02.04.0應選架型掩護式液壓支架式兩柱支掩式掩護式支架支掩式支架支掩式及強力支撐四柱及強力支撐3、煤層厚度煤層厚度主要影響支架支護強度，煤層厚度越大支護強度應越高，煤層厚度大小及變化情況，又決定著支架的結構高度和伸縮范圍。4、煤層傾角煤層傾角主要影響支架穩(wěn)定性，煤層傾角大則易使支架發(fā)生傾倒、下滑等現(xiàn)象。必須采取防倒防滑措施。5、煤層埋藏穩(wěn)定性實踐證明：煤層埋藏越平穩(wěn)，綜采的效果越好。斷層及其性質對支架的使用好壞起決定性的影響。若斷層落差大，綜采設備通不過，斷層條數(shù)多，綜采面搬家次數(shù)多。6、煤層瓦斯含量瓦斯含量大的煤層應采用通風斷面大的支架。液壓支架架型選擇是否合適，最終必然反映到經濟效果上。應盡量做到安全、高效，而又能降低噸煤成本。支撐式液壓支架雖然價格便宜，但使用性能遠不如掩護式和支撐掩護式液壓支架優(yōu)越。因此：在可能情況下，應優(yōu)先選用掩護式和支撐掩護式兩種架型。除礦山地質條件外，采礦技術條件，如回采方式，采面長度，采煤機械類型、生產環(huán)節(jié)等因素對液壓支架的造型也有一定的影響。二、煤層頂板及頂板分類覆蓋在煤層上的巖石，依次分為偽頂、直接頂、老頂，它們統(tǒng)稱為煤層的頂板。偽頂是緊貼在煤上極易冒落的較薄巖層，通常在煤層被采下后隨即冒落，對液壓支架的選型一般沒有影響。直接頂位于偽頂之上，無偽頂時直接位于煤層之上，通常是在移架或回柱后隨即冒落，直接頂下部1.52米厚的巖石叫直接頂下位巖石，它對架型的選擇有決定性的影響。1、直接頂分類我國將緩傾斜煤層回采工作面直接頂根據(jù)其穩(wěn)定程度分為四類1)、不穩(wěn)定頂板：也稱破碎頂板，這類頂板很易冒落。冒落后巖石能基本充滿采空區(qū)。泥質頁巖，再生頂板等屬于這類頂板。2)、中等穩(wěn)定頂板：強度較高，但有大量節(jié)理裂隙，局部較完整，冒落后不能充滿采空區(qū)，一般在支護設備前移后隨即冒落。砂質頁巖，粉砂巖屬予這類頂板。3)、穩(wěn)定頂板：難于冒落，需支架幫助切頂。4)、堅硬頂板：極難于冒落，采后需強制放頂，砂巖，堅硬砂質頁巖等屬于這后兩類。直接頂分類的主要指標是強度指數(shù)D，并參考直接頂初次跨落步距L1(米)來決定。直接頂初次跨落步距Ll是指工作面推進一定距離后，直接頂冒落高度在11.5米以上，范圍占全工作面長度1/2以上時，初次切頂線距開切眼煤壁之間距離。強度指數(shù)D可由下式求出：式中：巖石的單向抗壓強度，公斤厘米2；節(jié)理裂隙影響系數(shù)；分層厚度影響系數(shù)。、值可查閱有關資料得到。根據(jù)D并參考直接頂類別的確定見表1-3。表1-3 直接頂類別類別指標1234不穩(wěn)定頂板中等穩(wěn)定頂板穩(wěn)定頂板堅硬頂板主要指標強度指數(shù)D3031707l120120無直接頂層厚在25米以上，6D 560800Kgf/cm2，節(jié)理裂隙間距和分層度大于1米的整體巖層。參考指標直接頂初次跨落步距L：（M）S918192S252、老頂分級老頂位于直接頂之上，頂板分級主要由直接頂厚度h與采高H之比值N來決定，再參考老頂初次來壓步距L2，N的意義是指冒落帶充滿采空區(qū)的程度，L2是指工作面初次切頂線到開切眼煤壁之間老頂懸露的長度。老頂周期來壓的強弱，對確定支架的噸位即支護強度有決定性影響，N越大L2越小，說明老頂周期來壓不明顯，作用在支架上的載荷小而穩(wěn)定，支架的支護強度不需要很大，相反，N越小，L2越大，老頂周期來壓就越強烈，作用在支架上的載荷就越大且有沖擊，支架的支護強度就要求比較高。根據(jù)N和L2值老頂被分為四級。見表1-4。表1-4老頂分級級別周期來壓不明顯明顯強烈極強烈指標N350.3N35Ll=2550(M)0.350(M)N0.3Ll=2550(M)N50(M)三、液壓支架的選型 液壓支的選型，包括選擇支架的架型，支架的結構參數(shù)和支架強度的確定。1、架型的選擇液壓支架根據(jù)對頂板的支護方式和結構特點不同，可分為支撐式、掩護式、支撐掩護式三種基本型式。支撐式支架頂粱長，立柱多，且垂直支撐，工作阻力大，切頂能力強通風斷面大，后部有簡單的擋矸裝置，架間不撐緊，對頂板不密封，它適用于穩(wěn)定或堅硬以上直接頂和周期來壓明顯或強烈的老頂條件。掩護式支架有寬大的掩護梁可擋住采空區(qū)冒落的矸石，它的頂梁較短，支柱少且傾斜支撐，架間密封，支架工作阻力較小，切頂能力差，但由于頂粱較短控頂面積小，支護強度不一定小，它適用于不穩(wěn)定和中等穩(wěn)定直接頂條件。支撐掩護式支架兼有支撐式和掩護式支架結構特點，頂梁較長，立柱較多，呈垂直或傾角較小傾斜支撐，故工作阻力大，切頂能力強，具有掩護梁架間密封，擋矸掩護性能好。它適用穩(wěn)定以下各類頂板，有取代支撐式支架的趨勢，但它的結構復雜，重量較大，價錢較高。當工作面直接頂類別，老頂級別已確定經過分析論證后，可按表1-5選擇支架型式。表1-5 適應不同類級頂板的架型及支護強度老頂級別直接頂類別12312312344架 型掩護式掩護式支撐式掩護式掩護式支撐掩護式支撐式支撐掩護式支撐掩護式掩護式支撐掩護式掩護式支撐掩護式采高2.5m支撐掩護式支架支護強度(噸/米2)采高(米)112343035(25)45(35)55(45)1.3301.335(25)1.345(35)1.355(45)1.6301.6351.6451.655230235245255結合深孔爆破，軟化頂板等措施處理采空區(qū)使用表1-5時，還應注意下列因素：1）、煤層厚度大于2.5米，頂板有側向推力時，一般不宜采用支撐式支架，煤層厚度在2.52.8米以上時，應選用帶護幫裝置的掩護式或支撐掩護式支架，煤層厚度變化大時應采用調高范圍大的雙伸縮支柱。2）、煤層煩角在101 5(支撐式支架取下限，掩護式取上限)以上時，支架應有可靠的防滑防倒裝置。3）、底板強度、支架對底板比壓應小于底板巖石允許抗壓強度。4）、瓦斯含量，瓦斯涌出量大的工作面，應優(yōu)先選用通風斷面大的支撐式或支撐掩護式支架。5)、地質構造、斷層發(fā)育、煤層厚度變化大，頂板允許暴露時間和面積分別為20分鐘以下和58m2時，暫不宜采用綜采設備。6)、設備成本，能同時允許選用不同架型時，應優(yōu)先選用價格便宜的支架。另外，表2-4中的支護強度是指單位面積上的支撐力大小，括號內數(shù)字是掩護式支護強度；但允許有5的波動范：1.3，1.6，2分別為、級老頂比1級老頂?shù)脑鰤罕稊?shù)，級老頂由于地質條件變化較大，只給出最低限2，具體數(shù)字應根據(jù)實際情況確定，單體液壓支柱的支護密度，可用表中的支護強度除以工作阻力計算。表中采高系最大采高，具體采高下的支護強度可用插值法計算。2、液壓支架結構參數(shù)的確定液壓支架的結構參數(shù)，主要指液壓支架的結構高度，液壓支架的結構高度，應能適應采高的要求。它根據(jù)煤層厚度(或采高)和采區(qū)范國內地質條的變化等因素來確定。其選擇的原則時：在最大采高時，液壓支架應能“頂?shù)米　?，在最小采高時，支架能“過得去”。支架最大結構高度和最小結構高度，具體由下面經驗公式計算：=2.8+0.2 =3.0（m）=1.8-0.15-0.1-0.1 =1.45(m)式中： ，煤層最大厚度和最小厚度，m（已知）；考慮偽頂，煤皮冒落后，支架仍有可靠初撐力所需要的支撐高度的補償量；中厚煤層可取200mm，厚煤層可取300mm；薄煤層適當減??；頂板最大下沉量（一般取支架后排立柱處頂板的下沉量，可借鑒鄰近工作面的觀測資料選取，若無這方面資辯，可按100200mm選取，I級老頂取大值，級老頂取小值；支架卸載前移時，立柱伸縮余量，煤層厚度大于1.2m時，取80100mm；支架頂粱上存留的浮煤和碎矸石厚度，一般取50100mm。3、支架支護強度的確定 支架支護強度：支架單位支護面積上的支撐力。它是衡量液壓支架性能的一個重要參數(shù)，可由下列方法確定；1)按經驗公式估算52(t/m2)式中：作用于支架上的頂板巖石厚度系數(shù)，日本取5，蘇聯(lián)取69；英國取57；我國中厚煤層取68；最大采高，m；巖石容重，一般取2.3t/m3。2)直接查表選取根據(jù)頂板條件和煤層厚度，直接由表2-4中查取。根據(jù)頂板條件和煤層厚度選取支架支撐掩護式滿足工作面支護強度。4、選擇液壓支架型號由上面計算出的支架最大和最小結構高度和支護強度的數(shù)值，從液壓支架產品目錄中選擇合適液壓支架的型號，并列出支架規(guī)格和主要技術參數(shù)表（表1-6）。支撐掩護式支架該機具有支撐效率高，切頂換能力強，支架穩(wěn)定性好的特點。采用分體頂梁鉸接前梁形式，切頂效果好，便于運輸。采用前后雙連桿形式，可減少支架重量改善底板比壓的平均分布和前端比壓。表1-6 支架規(guī)格和主要技術參數(shù)表型號名稱ZZ4000/18/39型支撐掩護式液壓支架高度主要技術參數(shù)高度m中心距m寬度m初撐力kN工作阻力kN支護強度MPa底板比壓(前端)MPa泵站壓力MPa整體運輸尺寸mm適應傾角操縱方式重量t1.83.91.51.411.5831363236399041180.700.720.451.962542501410180030本架控制13.55第4節(jié) 工作面可彎曲刮板輸送機、轉載機、破碎機一、刮板機的選擇由于煤層厚度僅為3.0米,采用綜采一次采全高,所以只選取前部刮板機。根據(jù)有資料可直接查出工作面配套設備的型號為SGD-630/180PB型刮板輸送機。其技術特征如下：設計長度：200 m 出廠長度：150 cm輸送能力：QC =400噸/小時刮板鏈速度:0.92 m/s電機功率：2*90 KW鏈條形式：中雙鏈1、對所選刮板輸送機的驗算運輸能力刮板輸送機的運輸能力為：Q=3.6F V式中F-運行物料的斷面積 m2 -物料的散碎密度 kg/ m3-裝滿系數(shù)，按表1-1查出下運時取0.9-1V-刮板鏈速度由于該工作面年產115萬噸，平均每班生產原煤869噸，所以不需要加擋煤板，因此F=1/2H*B=0.94 m2(按裝滿為矩形估算) 物料的散碎密度按我礦的值取為1.32/1.5=0.88所以Q=3.6F V=3.60.940.8810.92=2.74kg/s986噸/小時由于QQC ，所以輸送機滿足運輸要求。2、運行阻力計算重段直線段的總阻力 W=（q+q）*L*g*cos-(q+q)*L*gsin式中：q中部槽單位長度貨載質量kg/mq=Q/3.6*v=831/3.6*5.7=40.5kgq刮板鏈單位長度質量，由SGD-630/180PB型刮板輸送機技術參數(shù)查得：q=57kg/m=0.7 =0.4由礦山機械表2-5-5查得 =18 為已知故：W=(q*+q*)*L*g*cos-(q+q)*L*gsin=(40.5*0.7+57*0.47)*110*10cos18=24543(N)空段直線段的總阻力：Wi=qLg(cos18+sin18)=57*110*10*(0.4*cod18+sin18)=43227.8N總的運行阻力: w=1.2(w+w)=81325N3、刮板鏈張力的計算判斷最小張力點的位置，對雙機頭驅動，最小張力點的位置用下面方法判斷：若0.6W-0.4W0,則3點為最小張力點,如圖用逐點推算法求各點張力從最小張力點開始計算，以上圖為例,已判定刮板輸送機的最小張力點在1點。取最小張力為:S=0 S=S+W S=S+0.06S=1.06S=1.06*43227.8=45821.5S=S+W=45821.5+24543=70364.5(N)4、牽引力及電機功率的計算機采工作面刮板輸送機的等效功率:N=1/*N=K*W*V/1000*=1.2*70364.5*1/1000*0.85=99KW式中：K 電動機的備用系數(shù) 取K=1.2 V刮板鏈運行速度 取V=1m/s 傳動裝置的總效率 取0.85 W 刮板輸送機牽引力 N=1.1*2*q*w* *g*cos18*1/1000*0.85 =1.1*2*40.5*0.47*110*0.9511*1*10/1000*0.85 =51.5(KW)則： N=1/*=76KW實際配用電機功率為: N=1.15*76=88KW5、刮板鏈的預緊力和緊鏈力計算(1) 預緊力 T=1/4(S+S+S+S)=39889N式中:草藥S、S分別為刮板鏈在主動鏈輪相遇點和分離點的張力N S 、S分別為刮板鏈在從動鏈輪相遇點和分離點的張力N(2) 緊鏈力TT+L*q*g*6、刮板鏈的強度 雙鏈刮板輸送機刮板鏈的安全系數(shù)為：N 刮板鏈的安全系數(shù)s條鏈條的破斷拉力式中： 刮板鏈最大靜張力 雙鏈不均勻系數(shù)，中雙鏈取經以上計算得知，所選刮板輸送機在給定條件下能適用。二、轉載機的選擇根據(jù)有關資料：該綜采面選擇SZZ830/315成套系列；轉載機、破碎機能力應大于刮板輸送機能力。由于轉載機也是刮板輸送機，驗算過程與以上刮板輸送機相同。經驗算所選轉載機在給定條件下能適用。設計選用國產SGZ830/630型刮板輸送機、SZZ830/315轉載機、PCM200破碎機。上述設備設計要求關鍵部件引進，技術參數(shù)見表1-7。表1-7 刮板輸送機、轉載機、破碎機技術參數(shù)刮板輸送機SGZ830/630轉載機SZZ830/315破碎機PCM200輸送能力(t/h)1200輸送能力(t/h)2000輸送能力(t/h)2200裝機功率(kW)3152裝機功率(kW)315裝機功率(kW)200鏈速(m)1.03設計長度(m)50出口粒度(mm)300150刮板鏈型式中雙鏈供電電壓(V)3300/1140供電電壓(V)3300/1140供電電壓(V)3300/1140中部槽規(guī)格(mm(LWH)1500780290第5節(jié) 采煤機、支護設備、輸送機配套關系圖通過計算或參考有關圖冊資料，給制采煤機，支護設備及輸送機配套關系圖。采煤機、液壓支架和輸送機組成的綜采設備，有嚴格的配套要求。各單項設備的先進性能只有在搞好配套關系的基礎上才能發(fā)揮出來。一、尺寸配套（一）高度配套采高與支架支護高度應適應。采用不同高度的底托架，可以適應不同的采高。1、采煤機尺寸（圖1-1）圖1-1采煤機尺寸示意圖：采煤機最大采高，m；：搖臂向上的最大擺角，；：機面高度，m；：機身高度，m；：搖臂長度，m；：滾筒直徑，m；采煤機最大與最小采高之比為1.62.0之間；2、采高與支架高度關系：支架的最大最小高度，、：分別為前后柱處的頂板最大下沉量；：支架支撐高度富裕量，一般為200左右；：支柱伸縮余量，一般為50左右；3、4、如下圖所示，支架支撐高度與采煤機機面高度之間關系，當采煤機處于最小高度時，機面至梁底面有富余，通常，用下式計算：式中：梁的厚度；若機面高度過大，大于，則煤層變薄時，支架不能放下來，只能割頂或底板巖石；若機面高度過小，采煤機的過煤空間（值）小，不利于煤流通過。5、采煤機的下切量（圖3-37）：能夠：搖臂向下的最大擺角，；計算的數(shù)值一般為負數(shù)才是向下切割的深度，一般為150200左右。6、：采煤機底托架高度；：運輸機機槽高度；7、搖臂升角越大，采高越大，但當角度太大時，使?jié)L筒中心距機身距離過小，裝煤效果不好。二、橫向尺寸配套1、機道寬度就是無立柱空定寬度，及時支護包括一個截深，采煤機與運輸機的中心線偏離一定的距離，視情況而定。2、人行道寬度，位置可在兩立柱之間，也可在前柱與輸送機之間。3、端面距一般為，采高小時取下限，大時取上限；4、移架千斤頂?shù)男谐叹嚯x比截深大。（三）、能力配套采煤機、運輸機、皮帶、轉載機、上山、煤倉、通風等。1、采煤機采煤機選擇的依據(jù)主要是采高、煤的硬度、節(jié)理裂隙發(fā)育程度、地質構造發(fā)育程度。確定的參數(shù)為采高、牽引速度、電機功率。截深可以定做。2、輸送機：（1）、尺寸與采煤機嚴格配套；（2）、機槽等部件的強度與采煤機的重量和運行特點相適應；（3）、能力與采煤機的相適應；（4）、尺寸與液壓支架的結構尺寸相適應，合理配套；輸送機的運輸能力與鋪設長度、電機功率、煤層傾角、機槽和刮板鏈的結構和特點等因素有關。為使輸送機既不過載又能夠發(fā)揮運輸潛力，根據(jù)實際測量的運輸機的實際運輸能力，按下式計算采煤機的牽引速度：工作面的采高、截深、煤的密度；：考慮到運輸機的運行條件差所考慮的系數(shù)，一般取1.11.